维普资讯 http://www.cqvip.com
沈阳农业大学学报，２００６—０８，３７（４）：６６３—６６５ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００６—０８，３７（４）：６６３—６６５ 活性炭纤维吸附有机废气的动态研究 孔丽春， （华南理工大学环境科学与工程学院，广州５１０６４０） 摘要：以活性炭纤维为吸附剂，在自制的吸附装置里，空塔气速为１２ｃｍ・ｓ～，入ＥＩ气体中甲苯浓度为５０～２６００ｍｇ・ｍ 的 实验条件下，研究了新型高效吸附材料活性炭纤维对气相甲苯的吸附性能，用Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程对吸附等温线进行了拟合。结 果表明Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程可以很好的拟合吸附等温曲线。 关键词：活性炭纤维；有机废气；甲苯 中图分类号：Ｘ７８３．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１７００（２００６）０４—０６６３—０３ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｗａｓｔｅ Ｇａｓ ｏｎ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒｓ ＫＯＮＧ Ｌｉ—ｃｈｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｐｉｎｇ术 （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧＭｎ ＯＵ ５ １ ０６４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｅ￣ｂｏｎ ｆｉｂｅｒ（ＡＣＦ）ａｓ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｂｅｎｔ，ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｂｉｎｇ ｔｏｌｕｅｎｅ ｂｙ ＡＣＦ ｗａｓ ｍａｄｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｕ＝１ ２ ｃｍ・ｓ～ａｎｄ ｔｏｌｕｅｎｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃ＝５０—２６００ｒａｇ・ｍ～ｉｎ ａ ｈｏｍｅｍａｄｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｉｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｄａｔａ．Ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＡＣＦ ｈａｓ ｖｅｒｙ ｓｔｒｏｎｇ ｔｏｌｕｅｎｅ ａｄｓｏｒｂｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｇｒｅｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ；ｏｒｇａｎｉｃ ｗａｓｔｅ ｇａｓ；ｔｏｌｕｅｎｅ １材料与方法 根据活性炭纤维的特性，自制了一套集吸、脱附反应于一体的试验装置（图１）。吸附器是直径为３０ｒａｍ的 玻璃管固定床，实验在常温常压下进行，人口气体甲苯浓ｃ 为５０～２６００ｍｇ・ｉｎ～，空塔气速ｕ为１２ｃｍ・ｓ～，堆 积密度Ｐ６为２１ｋｇ・ｉｎ～。 氮气 Ｎｉｔｒｏｇｅｎ 干燥空气 Ｄｒｙ ａｉｒ 干燥空气 Ｄｒｙ ａｉｒ 图１ 活性炭纤维吸附甲苯废气的装置流程图 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｅｎｅ ｇａｓ ｏｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｓ 收稿目期：２００６一Ｏｌ一１０ 基金项目：广东省科技攻关计划项目（Ｂ２３０２９５９） 作者简介：孔丽春（１９８１一），女，华南理工大学硕士研究生，从事活性炭纤维研究 男，华南理工大学教授，博士，从事吸附材料的基础研究和应用开发研究 通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：（１９６２一） 维普资讯 http://www.cqvip.com
沈阳农业 大学学报 第３７卷 试验中采用粘胶基活性炭纤维（中山大学提供）作为吸附剂，甲苯（广州化学试剂厂）作为吸附质，进行吸 附性能的研究。ＡＣＦ使用前先在１２０￣（２烘箱内烘２４ｈ，以去除其中可能吸附的杂质。试验过程中的甲苯气体通 过鼓泡法制备，采用氮气作为载气，通过控制流量比得到一定浓度和流量的甲苯气体。吸附时，甲苯气体由下 而上通过装有活性炭纤维吸附装置被吸附后排出。试验采用ＧＣ一９００气相色谱分析仪测定反应器进出口甲 苯的浓度，分析活性炭纤维的吸附性能。 ２结果与分析 ２．１穿透曲线 在甲苯的进口浓度ｃ 为７００ ｍｇ・ＩＴｔ～，气体体积流率 为０．３ｍ ・ｈ～，堆积密度Ｐ 为２１ ｋｇ・ｍ 的条件 下，分别测得在吸附层长度为５，１０，１５ｃｍ的情况 下的吸附情况，穿透曲线如图２。 由图２可以看出，在气体体积流率和进口浓 度基本不变的情况下，改变活性炭纤维填充高度 对穿透曲线的形状基本上没什么影响。但随着 吸附层长度的增加，吸附达到饱和的时间也随之 睾 增加。李立清等人 研究的实验中提到床层高 度只是让吸附和脱附穿透曲线左右平移。叶振 华 也提出，当气体流速和进口浓度一定时，形 成浓度波并移动一段距离后波形固定不变，不因 改变床层高度而改变。因此改变活性炭纤维的 一填充高度在本质上对吸附的穿透曲线并没有什 么影响。改变填充高度，吸附量也相应改变，在 ２Ｏ Ｏ ２Ｏ ４Ｏ ６０ ８Ｏ １０Ｏ １２０１４Ｏ １６Ｏ１８Ｏ２００２２０２４０２６０２８０ ３００ 吸附时间Ａｄｓｏｒｂｅｎｔ ｔｉｍｅ／ｍｉｎ 实际情况中，对于近似的气体体积流率和进口浓 度，可以通过改变ＡＣＦ的用量和填充高度来达 到不同吸附量的效果。 ２．２保护作用时间 图２穿透曲线 Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｖｅ ｃｕｒｖｅｓ 由试验结果所得的穿透曲线（图２）和取出口 浓度为进口浓度１０％作为穿透点，得到保护作用 表１实验数据 Ｔａｂｌｅ １ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ 时间。从表１中的数据可以看到，随着吸附层长 度的增加，保护作用时间也相之延长。 ２．３希洛夫公式中的常数 在吸附净化的设计中，常利用希洛夫公式进 行简化计算。由希洛夫公式得吸附床的保护作用时间（穿透时间）ｚ： Ｚ＝ＫＬ—Ｚｏ 式中：Ｚｏ为保护作用时间损失（ｍｉｎ）；Ｋ为保护作用时间系数（ｍｉｎ・ｏｍ ）；￡为吸附层长度（ｏｍ）。 以ｚ对Ｌ作图得到：Ｋ＝７．７２ ｍｉｎ・ｏｍ～；Ｚ０＝１２ｍｉｎ。 ２．４吸附容量０【（ｍｇ甲苯／ｇＡＣＦ） Ｋｕｃ ７７２×１２×６０×７００ ｐ６ ．—— ｌ ｘ ｌ ＵＵＵ ：１８３．２６４（ｍｇ￣／ｇＡＣＦ） （２） 式中：“为空塔气速；ｃ 为进口浓度；ＪＤ 为堆积密度。 ２．５传质区长度 对吸附层长度为１５ｃｍ的穿透曲线进行计算。当出口浓度中的甲苯气体由ｃ 变为ｃ 时，由吸附层为１５ｃｍ 的穿透曲线求积分可得到吸附剂吸附甲苯的吸附量Ｑ 图３）。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第４期 孔丽春等：活性炭纤维吸附有机废气的动态研究 ・６６５・ Ｑ ＝Ｉ（Ｃ。一Ｃ）ｄＷ ＝ 一 （３） Ｃｏ Ｃｅ ／＝ （４） （５） 丁ｒ＝（１一 丁 由穿透曲线计算可得：ｆ＝３８．８％， 丁ｒ＝４４．１ｍｉｎ。 ７＿ ＝一 ＝一７＿ ，Ｊ ７＿ 一７＿ｒ 丁 一（１一．厂）７＿ （６） Ｃｂ ０ 日 由上式可得传质区长度Ｌ。＝８．２５ｃｍ。 ３．６等温吸附线的拟合 对于一定的吸附剂，它的平衡吸附量是温 气体流量Ｇａｓ ｖｏｌｕｍｅ／ｍ 图３理想穿透曲线 Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｉｄｅａｌ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｖｅ ｃｕｒｖｅ 度和压力的参数，当温度一定时，平衡吸附量 只是压力的函数，这就是等温吸附方程。由于 吸附过程中吸附温度一般变化不大，因此吸附 等温方程对吸附过程的研究是最有实际意义 的。这里主要考察了ＡＣＦ在室温（２９３．１５Ｋ）下 量 ≥ ． 的吸附等温线情况。 ｌ 譬 ０ Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程为： ｍ ＝ Ｃｉ （７） ‘ 舌 宝 式中：ｍ是吸附剂的质量； 是吸附的物质的质 量； 和凡是经验常数；Ｃ是吸附质的平衡浓度。 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程表明在等温下，吸附热随覆 盖率（即相应的吸附量）的增加成对数下降时， 吸附量与浓度的指数成正比例。浓度增加，吸 附量随之增大，但浓度增大到一定的程度后，吸 附剂吸附饱和，其饱和吸附量维持恒定值。 作图求出两个常数分别为： １ 凡 茛 甲苯浓度Ｔｏｌｕｅｎｅ ｃｏｎｃｅｒａｔｉｏｎ／ｍｇ・Ｉｎ 图４ Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温线拟合 ，１—１ Ｆｉｇｕｒｅ ４ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｏｆ Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ ａｄｓｏｒｂｉｎｇ ｉｓｏｔｈｅｒｍ ——：／ｃＬ 从图４可以看出，吸附等温线拟合比较理想，可见Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程能成功得关联实验数据，在较宽的范围 与实验的一致性很好，公式简单，特别用于实际计算。 ３ 结 论 在自制的装置里，以活性炭纤维为吸附剂，在空塔气速为１２ｃｍ・ｓ～，人口气体中甲苯浓度为７００ｍｇ・ｍ 的试验条件下，根据吸附穿透曲线，求得活性炭纤维的吸附容量为１８３．２６４ｍｇ（甲苯）／ｇ（活性炭纤维），传质区 长度为８．２５ｃｍ，对吸附过程的设计有一定的指导作用。Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程可以很好的拟合吸附等温曲线。 参考文献： ［１］李立清，张宝杰．活性炭吸附丙酮及其脱附规律的实验研究［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２００４，１２（３６）：１６４１—１６４５． ［２］叶振华．化工吸附分离过程［Ｍ］．北京：中国石化出版社，１９９２． ［３］李国文，刘［４］赵强，樊青娟，等．活性炭吸附甲苯动力学研究［Ｊ］．化学工程，２００３，２８（１）：２５—２８． 毅，李守信．有害气体控制工程［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１． ［５］黄正宏，康飞宇．活性炭纤维对挥发性有机物的吸附及其等温线的拟合［Ｊ］．离子交换与吸附，２００１，１７（６）：４８７—４９３． ［责任编辑亓国］